[发明专利]基于路径规划算法的复合材料寿命预测方法

说明书

本发明提供一种基于路径规划算法的复合材料寿命预测方法，包括步骤：S1：通过对复合材料失效过程的分析，获得复合材料的疲劳裂纹扩展特性；S2：根据疲劳裂纹绕过加强基扩展的特点，建立模拟复合材料中随机颗粒分布的模型，引用Dijkstra算法，模拟裂纹扩展过程的最短路径模型；S3：通过残余应力模型计算残余应力，考虑残余应力修正试件所受载荷的应力比；S4：构造初始裂纹模型得到初始裂纹大小与延伸速率；S5：对Paris公式进行修正；S6：利用修正后的Paris公式对复合材料进行寿命预测；S7：验证寿命预测的准确性。本发明的一种基于路径规划算法的复合材料寿命预测方法，可以更准确地预测复合材料的疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及复合材料寿命预测领域，尤其涉及一种基于路径规划算法的复合材料寿命预测方法。

背景技术

复合材料已广泛应用于航空航天、机械、造船等领域。颗粒增强金属材料是类似于金属材料的各向同性材料，和相同金属材料相比有更好的力学性能，目前已经可以通过不同的熔炼工艺批量生产。影响复合材料性能的因素较多，例如陶瓷颗粒增强金属基复合材料，其增强基体体积分数、金属基合金性能，甚至材料的制造工艺都会影响材料性能。复合材料有很多种形式，由于组织结构的不同，复合材料的内应力分布和疲劳裂纹扩展与传统金属材料不同。现有的复合材料疲劳预测方法大多采用传统的疲劳预测模型。在预测过程中替换材料性能参数，以获得疲劳寿命的粗略估计。无法反应材料内部微观失效机理的内容。在研究裂纹扩展时颗粒增强金属基复合材料，发现增强体颗粒在材料中均匀无序分布，正是因为增强粒子的存在阻碍疲劳裂纹的扩展，使复合材料表现出较高的疲劳强度宏观疲劳寿命。裂纹是否穿过加强颗粒取决于当前裂纹尖端应力。在理想的环境中，所有的颗粒不会被穿透，加强粒子可以阻碍疲劳裂纹扩展，增加疲劳寿命。

绕开所有增强颗粒的裂纹行为可以类似于机器人的路径规划，通过路径规划可以预测裂纹路径算法。将裂纹长度和路径规划相结合，可以得到复合材料的裂纹扩展路径以便于准确地预测材料的疲劳寿命。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于路径规划算法的复合材料寿命预测方法，提供了一种利用路径规划算法对裂纹扩展长度进行计算，再基于Paris公式估算颗粒增强金属基复合材料的疲劳裂纹扩展寿命模型。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于路径规划算法的复合材料寿命预测方法，包括步骤：

S1：通过对复合材料失效过程的分析，获得所述复合材料的疲劳扩展特性；

S2：引用Dijkstra算法，模拟裂纹扩展过程的最短路径模型；

S3：通过残余应力模型计算残余应力，考虑残余应力修正试件所受载荷的应力比；

S4：根据所述模型裂纹扩展路径模型和所述残余应力构造一种初始裂纹扩展模型；并利用所述初始裂纹扩展模型得到初始裂纹大小与延伸速率；

S5：利用所述残余应力修正试件所受载荷的应力比、所述初始裂纹大小和所述延伸速率，利用应力比修正Paris公式；

S6：利用修正后的所述Paris公式对所述复合材料进行寿命预测；

所述S4步骤中，分别计算断裂疲劳强度、断裂疲劳应变和断面收缩率，得到断裂疲劳强度和断裂疲劳应变与断面收缩率有关；根据所述断裂疲劳强度、所述断裂疲劳应变和所述断面收缩率得到初始裂纹大小与延伸速率。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：